Valorisation de la durabilité des structures en acier. Cas d études

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1 Cas d études Juin 2014

2 Plan 12/10/2014 2

3 12/10/2014 3

4 Objectif de l étude Comparer la qualité environnementale de la structure d un bâtiment à bureaux en choisissant différentes solutions structurales: Structure mixte acier-béton Structure en béton Structure mixte acier-béton optimisée (optimisation réalisée sur base d un dimensionnement écologique ECO-Design) 12/10/2014 4

5 Présentation du bâtiment Superficie du bâtiment : 42x24 m Nombre d étages dans la superstructure (sans les niveaux en sous-sol): 8 étages Bâtiment se situant à Paris 42 m m Offices Nord Offices West Offices Est Meeting Room1 WC 1 WC 2 Meeting Room 2 24 m Circulation m Offices South 6 m 12/10/ m

6 Éléments de l enveloppe Nord/Sud [m 2 ] Ouest/Est [m2] Total [m2] Murs Vitres Aires totales Façade : panneaux en acier léger, isolés avec 50mm de polystyrène extrudé (XPS) Fenêtres : double vitrage, certaines avec une protection solaire Toit : isolé avec 18cm de polystyrène expansé (EPS) 12/10/2014 6

7 Occupation et systèmes Bâtiment à bureau type Chauffage et refroidissement : système séparé Ventilation mécanique avec récupération de la chaleur Système d eau chaude : chauffeeau électrique 12/10/2014 7

8 Solutions structurales Structure mixte acier-béton Poutres cellulaires mixtes en acier S355 Tôle nervurée COFRA+60 avec 15 cm de béton (C30/37) Contreventement via un noyau central en béton (C30/37) Structure en béton Dalle en hourdis (C30/37) Poutres et poteaux en béton armé (C30/37) Contreventement via un noyau central en béton (C30/37) 12/10/2014 8

9 Solutions structurales Structure mixte acier-béton ECO-Design Poutres cellulaires mixte en acier S460 Tôle nervurée COFRA+60 avec 15 cm de béton (C30/37) Système de contreventement en acier (acier S460) 12/10/2014 9

10 Superstructure du bâtiment à bureaux Éléments structuraux Variante 3 Variante 1 Variante 2 Structure mixte ECO- Structure mixte Structure en béton Design Eléments principaux t de sections acier 1199 t de béton t de sections acier Plats en acier pour assemblage t 59.1 t t Noyau en béton Contreventement en acier Béton C30/ t Armatures t Béton C30/ t Armatures t / / / Sections en acier t Plats en acier pour assemblage t 12/10/

11 Plancher du bâtiment à bureaux Éléments structuraux Variante 3 Variante 1 Variante 2 Structure mixte ECOdesign Structure mixte Structure en béton Éléments en acier Cofraplus 60 : 70.6 t / Cofraplus 60 : 70.6 t Épaisseur totale 150 mm 240 mm + 70mm de chape 150 mm Dalle en béton 2246 t 4688 t 2246 t Armatures en acier t t t 12/10/

12 Transport Transport d acier : Poids total : t Transport : 500 km par camion Transport du béton : Poids total : 4676 t Transport : 50km par camion toupie 12/10/

13 Résultats globaux pour le bât. à bureaux (acier S355) La phase utilisation (module B) compte pour +/- 90% de l impact global GWP, quel que soit le type de structure 12/10/

14 Résultats : acier S460 vs structure en béton (impacts GWP) Global Warming Potential (t CO 2 eq) + 53% +82% +82% Module A Steel S460 S460 Concrete S460 Concrete S460 Concrete S460 Concrete S460 Concrete Module A Module C Module D Total A to C Total A to D Module A Concrete Module C Steel S460 Module C Concrete Module D Steel S460 Module D Concrete Total A to C Steel S460 Total A to C Concrete Total A to D Steel S460 Total A to D Concrete Beams Columns Plates connections Reinforcement Floor sheets Concrete of structure Concrete slabs Envelope Transport 12/10/

15 Résultats : conclusions L exploitation du bâtiment représente une partie significative de l emprunte environnementale. De ce fait, des systèmes de façade efficaces peuvent impacter de façon significative l analyse de cycle de vie du bâtiment. Mais c est indépendant du système structural utilisé. Les structures mixtes faites de sections laminées à chaud sont plus durables que celles en béton, même en ne prenant pas en compte le recyclage. Grâce au recyclage du matériau en fin de vie, la différence entre la solution acier et béton augmente d environ 82% Limiter l utilisation de matériaux via l utilisation d aciers haute résistance est bénéfique pour l environnement. 12/10/

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17 Définition du bâtiment 12m A1 A3 A2 A4 9.2m 4 appartements de 55m² répartis de façon identique sur deux étages Situé à Timisoara 12/10/

18 Éléments de l enveloppe Nord/Sud [m 2 ] Ouest/Est [m 2 ] Somme [m 2 ] Murs Vitrages Surfaces totales Façade: panneaux légers en acier, isolation via 120mm de laine de roche Fenêtres : double vitrage & châssis en aluminium Toiture : isolation via 18 cm de polystyrène expansé 12/10/

19 Occupation du bâtiment et équipements techniques Bâtiment de type résidentiel Système de chauffage : chauffage au gaz Pas de système de climatisation Pas de système de ventilation Chauffe-eau électrique 12/10/

20 Dalle de fondation et structure du bâtiment Dalle de fondation d une épaisseur de 0,2m en béton armé (0.7t d armatures) Structure avec éléments minces en acier, comprenant la façade et le toit pas d éléments structuraux en acier additionnels 12/10/

21 Transport Transport de l acier : Poids total : 1.6 t (armatures) Transport : valeur moyenne Européenne pour 1t, sur une distance moyenne Européenne Transport du béton : Poids total : 52 t (dalle de fondation) Transport : 30 km avec camion toupie 12/10/

22 Résultats globaux pour la maison CasaBuna La phase utilisation (module B) compte pour 99% de l impact global GWP, quel que soit le type de structure 12/10/

23 Consommation en chauffage 12/10/

24 Résultats : impacts des matériaux Les matériaux de l enveloppe représentent 79% de l impact total GWP de la phase produit & production (module A) 12/10/

25 Résultats : conclusions La phase utilisation (Module B) de bâtiments résidentiels représente pratiquement la totalité de l emprunte environnementale. Le système structural est pratiquement négligeable. De ce fait, l utilisation de systèmes de façade efficaces peut impacter de façon significative l analyse de cycle de vie du bâtiment. 12/10/

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27 Objectif de l étude Comparer l analyse de cycle de vie d un bâtiment industriel composé de deux systèmes structuraux : Portique avec pieds de poteau articulés et éléments laminés à chaud Pieds de poteau rigides, assemblages articulés, composés d éléments en béton armé 12/10/

28 Définition du bâtiment Hall industriel de 900m² Localisé à Paris 12/10/

29 Éléments d enveloppe Façade : panneau sandwich avec isolant (PUR) de 80 mm Variante énergétique : panneau sandwich avec isolant (PUR) de 200 mm Fenêtres : double vitrage & châssis en aluminium Toiture : membranes étanches avec isolation de 140 mm de laine minérale 12/10/

30 Dalle de sol Élément structural Dalle de sol Variante 1 Portique acier S235 Variante 2 Portique acier S460 Béton : kg Armatures : 14.4 t Variante 3 Portique béton 12/10/

31 Occupation du bâtiment et équipements techniques Bâtiment de type industriel Système de chauffage au gaz Pas de système de climatisation Pas de système de ventilation Pas de chauffe-eau 12/10/

32 Structure du hall industriel Éléments structuraux Variante 1 Portique acier S235 Variante 2 Portique acier S460 Poutres IPE 450 (6.88t) IPE 330 (4.33 t) Colonnes Primaires : IPE400 Secondaires : HEA480 (4.17 t) Primaires : IPE400 Secondaires : HEA480 (4.17 t) Variante 3 Portique béton Éléments préfabriqués en béton T80 (34.19 t) Armatures BSt kg/m³ (2.93 t) Section de béton 0.4x0.4m C30/37 (30.12 t) Armatures BSt kg/m³ (1.38 t) Boulons 43 kg / Plats d assemblage 336 kg / 12/10/

33 Transport Transport de l acier : Poids total : 26 t de Poutres & Colonnes & Éléments d assemblage Transport : valeur moyenne Européenne pour 1 t, sur une distance moyenne Européenne Transport du béton : Poids total : 425 t de Poutres & Colonnes Transport : 30 km par camion toupie 12/10/

34 Résultats globaux pour le hall industriel La phase d utilisation (module B) représente 99% de l impact global GWP, quel que soit le type de structure 12/10/

35 GWP impacts (tco2-eq) Valorisation de la durabilité des structures en acier Résultats : structures en acier Comparison of the GWP impacts of the steel structural system with S235 vs S460 the envelope materials accounts for 56% of the total GWP impact Les matériaux de l enveloppe représentent 56% de l impact total GWP de la phase produit et production (module A) Steel S235 Steel S460 Steel S235 Steel S460 Steel S235 Steel S460 Module A Module A Module C Module C Module D Module D Envelope Transport Concrete floors Rebars Steel elements 12/10/

36 GWP impacts (tco2-eq) Valorisation de la durabilité des structures en acier Résultats : Structures en acier tco 2 eq Impacts GWP pour un système structural en acier S235 vs S460-22% 10.7 tco 2 eq Augmenter la nuance d acier permet une reduction du poids total de 2.3 t pour les élements de structure, et une reduction de 22% de tco 2 eq pour le module A du système structural -2 S235 S460 S235 S460 S235 S460 S235 S460 S235 S460 Module A Module C Module D Tot A to C Tot A to D Steel elements 12/10/

37 Résultats : Module D pour la structure en acier S460 Les gains au-delà de la limite du système (module D) de la structure en acier S460 a un impact GWP total de: t CO 2 -eq Cela met en évidence l avantage de l utilisation des matériaux recyclés dans les éléments enveloppes : éléments légers en acier dans les façades tôles en acier dans la toiture 12/10/

38 Résultats : structure en béton Le Module A a un impact total GWP = 183 tco 2 eq L impact total GWP dû au système structural = 80 tco 2 eq, donc 40% associés à la dalle en béton. 12/10/

39 GWP impacts (tco2-eq) Valorisation de la durabilité des structures en acier Résultats : structures acier vs béton Impacts GWP Solution béton : augmentation de 47% du GWP en tco 2 eq du modules A à D S460 Concrete S460 Concrete S460 Concrete S460 Concrete S460 Concrete Module A Module C Module D Tot A to C Tot A to D Transport Concrete elements Rebars elements Steel elements 12/10/

40 Bénéfices environnementaux associés à l utilisation d un isolant plus épais 80 mm 200 mm Facile avec AMECO3 : convivial Phase utilisation (module B): gain net de 888 tco2-eq Phase produit & production (module A) : augmentation de t CO 2 -eq, dû à la quantité supplémentaire d isolant Comparé à la réduction de consommation d énergie, c est négligeable, se qui met en évidence l intérêt d améliorer la performance énergétique du bâtiment 12/10/

41 Résultats : conclusions L exploitation du bâtiment représente une partie significative de l emprunte environnementale. De ce fait, des systèmes de façade efficaces peuvent impacter de façon significative l analyse de cycle de vie du bâtiment. Les structures en acier faites de sections laminées à chaud sont plus durables que celles en béton, même en ne prenant pas en compte le recyclage. Grâce au recyclage des matériaux en fin de vie (recyclage infini de l acier et valorisation du béton concassé), la différence entre la solution acier et béton augmente réduire l utilisation de matériaux via l utilisation d aciers haute résistance est bénéfique pour l environnement. 12/10/